鄂州电厂江边水泵房平面液压闸门更新改造设计

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摘要:鄂州电厂江边水泵房2扇检修闸门已运行近10年，近年来长江取水口水头上升，且检修闸门腐蚀严重。二期工程对2扇检修闸门进行更新改造，2009年二期工程投产。检修闸门采用原闸槽尺寸，细节设计上深入研究、核算，采用变截面组合主梁结构。

关键词：鄂州电厂；江边水泵房；平面液压检修闸门；更新改造设计

中图分类号：TU318 文献标识码：A

一、概述

鄂州电厂是湖北能源集团股份有限公司下属火电厂，总装机容量180万千瓦。公司处于湖北省电力负荷中心，位于葛店经济开发区。东距文化古城鄂州38公里，西离省会武汉20公里，南枕武九铁路和316国道，北临万里长江。水路、公路、铁路运输力发达，地理位置得天独厚。

鄂州电厂所需用水都是来自电厂北面的长江，江边水泵房是电厂取水的一个节点，平面液压检修闸门是电厂检修和安全的一个屏障。江边水泵房已在鄂州电厂一期工程建成，4个闸室，2扇检修闸门。近年来长江取水口水头上升，原有的2扇检修闸门腐蚀严重，二期工程新增2台60万千瓦机组。经过专业的检测机构进行腐蚀检测，并核算原检修闸门的安全性能，检测、核算结果不能满足安全需求，需要更换2扇检修闸门。鄂州电厂二期工程中水工金属结构部分只有江边水泵房2扇检修闸门，闸门设计工作量少，委托专业设计院设计2扇中型检修闸门不经济。经研究决定鄂州电厂江边水泵房平面液压闸门的设计、制造、安装一并委托一个专业的施工队伍施工。

二、闸门设计

鄂州电厂江边水泵房闸室孔口尺寸4700㎜×5000㎜（宽×长），为液压平板检修钢闸门，自动抓梁启闭。油压顶启动上游侧止水。为满足不破坏水泵房原貌的要求，新设计的检修闸门孔口尺寸不变，水头增加5.0m，新闸门的参数：

孔口型式：潜孔式；设计水头：25.67m；孔口数量：4孔；总水压力：606.59t；闸门数量：2扇；支承跨度：5.0m；孔口净宽：4.7m；孔口净高：5.0m；操作方式：静水启闭；底槛高程：1.5m；闸门自重：13.62t；设计水位27.17m。详见见图一：

（一）、主梁设计

在鄂州电厂江边水泵房平面液压检修闸门的设计中，对闸门的主梁进行了细节的改动，利用变截面组合梁代替了工字型组合梁，取得了较好的效果。

1、截面选择

组合梁的截面选择是整个设计过程的关键，其余各部分设计都将以它为基础。因为选择截面尺寸时必须全面考虑适用、安全（强度、刚度、稳定）与经济三方面的要求。

⑴、主梁梁高的选择

梁高选择是截面选择中的关键，因截面各部分尺寸将随梁高而改变。对水工钢闸门而言，应着重分析梁高的刚度条件和经济要求对梁高选择的影响。确定最小梁高的条件是使组合梁在充分利用钢材强度，令σ=［σ］的前提下，同时又正好满足梁的刚度要求，即满足梁的相对挠度W/L=［W/L］，得出变截面简支梁受均载时的最小梁高：hmin=K″可近似取K″=0.22～0.24，当梁端截面和跨中截面相比愈小时，取较大值。代入参数计算出hmin=40.26㎝；确定经济梁高的条件是使梁的自重最轻，根据公式hec=2.8W2/5（W指梁所需的截面抵抗矩，W=Mmax/［σ］），计算出hec=89.15㎝。根据统计，梁高于经济梁高相差达20%，梁重只增大4%左右，而选择较小的梁高对梁的稳定性有利，在设计中宜选择梁高比经济梁高小20%左右，但不得小于按刚度要求而确定的最小梁高hmin,综合现场条件确定梁高为60㎝。

、主梁腹板厚度和翼缘板尺寸的确定

初选主梁腹板厚度tw=16㎜，翼缘板的宽度b=200㎜，上翼缘板厚度为t1=20㎜，下翼缘板厚度t2=30㎜，通过计算主梁的弯曲应力σ=207.05N/mm2，σ＜σ0，该主梁处面板的折算应力满足要求。因主梁上翼缘板同钢面板相连，按规范规定可不必验算整体稳定性，又因为梁高大于按刚度要求的最小梁高，故主梁的挠度也不必验算。

2、截面改变

因鄂州电厂江边水泵房检修闸门属于更新改造，闸槽在电厂一期工程已经完成，闸门设计时有必要将主梁支承端腹板高度减少至与闸槽的宽度相符（见图二），考虑到主梁端部的腹板及翼缘板都分别同支承边梁的腹板及翼缘板相焊接，故可按工字形截面来验收剪应力强度，经计算主梁腹板的剪应力τ==50.5 N/mm2 ＜［τ］=90.5 N/mm2 ，主梁变截面安全。

（二）、面板厚度的选择

作用在面板上的水压力强度时上面小下面大，计算时可以近似地取面板区格中心处的水压强度作为该面板区格的均布载荷。根据面板厚度公式t≥Q（㎜），得出表格一各梁格面板的厚度值：（ a、b为面板区格的短边和长边的长度；K为四边固定矩形弹性薄板在支承长边中点的弯应力系数；p为面板计算区格中心的水压强度；α为弹性调整系数，当b/a≤3时，α=1.5，当b/a≥3时，α=1.4；［σ］为钢材的抗弯容许应力）

根据求的面板各个区格的厚度，取面板的厚度δ=16㎜。

（三）、边梁设计

边梁是设在闸门两侧的竖直构件，主要是用来支承主梁和边跨的顶、底梁、水平次梁以及纵向联接系。边梁的截面尺寸按闸槽的尺寸要求确定。截面高度应与主梁端部高度相等，腹板、翼缘板厚度与主梁腹板、翼缘板厚度相同。取腹板厚度为16㎜，上翼缘板厚度为20㎜，下翼缘板厚度为30㎜，翼缘板宽度为300㎜。边梁的安全验算与主梁验算相似。

（四）其他设计

1、充水阀设计

鄂州电厂江边水泵房平面液压闸门属于检修闸门，静水启闭采用结构比较简单的柱塞式充水阀，见图三：

2、液压装置设计

闸门对称布置4台5t油压顶，在闸门起降平台上设置一台供油泵和油箱，每个油压顶由一根油管与油泵相连，通过电磁阀控制油压顶工作，达到闸门止水效果。

3、止水装置设计

闸槽安装的误差，每孔闸槽的实际尺寸都不完全一致，为保证2扇检修闸门在4孔闸槽中都能达到止水的效果，采用P60的顶、侧止水，并且把止水橡皮的预压缩量放大到6㎜，比一般要求的4㎜预压缩量大2㎜，抵消了闸槽安装和闸门制造的误差，可以保证止水的严密性。

三、结束语

（1）、对于小型泵站、小型水库、小型涵闸钢闸门的更新改造，由于受到原有闸槽尺寸的限制，采用变截面组合梁可以使整个门叶的刚度增加，提高闸门的安全性。

（2）、选用闸门充水阀的型式，应根据具体工程条件结合设计实践，加以比选定型，不能生搬硬套。不但要制造简单，而且要封水良好，操作自如，减少启闭机的容量，减少投资。

（3）、对于更新改造的闸门止水设计，要结合闸门闸槽安装的实际尺寸，因为闸槽止水板的安装误差与闸门制造的误差累积，完全可能造成闸门止水效果差。

（4）、对止水有特殊要求的闸门，采用油压顶辅助止水是一个不错的选择。

参考文献：

[1] 水利电力工程钢闸门设计规范（SL74-95）中华人民共和国水利部 1995.5

[2] 水工钢结构水利电力出版社，1986.12